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Android 16 與 AVF：一場 EL2 的權力遊戲

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2025 年，Google 做了一個危險的決定：強制所有新晶片組支援 Android Virtualization Framework (AVF)。

這不只是技術升級——這是 Google 從 ARM、Qualcomm、Samsung 手中奪回控制權的戰略反擊。

當 TrustZone 的 TEE OS 長期被 Trustonic、QSEE 壟斷，Google 發現自己在移動安全的關鍵層失去了話語權。更糟的是，OEM 可以在 TEE 中植入任何程式碼，而 Google 無法審計。AVF 和 pKVM 是答案：在比 Android Kernel 更高的權限層級（EL2）建立一個 Google 完全控制的隔離環境。

但這場戰爭才剛開始。Samsung 拒絕支援，Qualcomm 陽奉陰違，Content Provider 重新談判認證標準。Android 16 的 AVF 強制令，揭開了移動生態系統中最深層的權力鬥爭。

1. 為什麼是現在？供應鏈的政治經濟學

TrustZone 的壟斷：誰控制了 EL3？

在理解 AVF 之前，先理解 Google 想解決的問題：TrustZone 不是技術問題，而是權力分配問題。

ARM 的傳統權力結構：

  • EL3 (Secure Monitor): 由 ARM/Qualcomm/Samsung 控制。閉源 Firmware，Google 拿不到 Source Code。
  • EL1 (TEE OS - TrustZone):
    • Trustonic Kinibi (Samsung, Xiaomi)
    • Qualcomm QSEE (大部分 Snapdragon)
    • Google Trusty (僅限 Pixel，但也受 EL3 限制)
    • 商業痛點：每個 TA (Trusted App) 授權費約 $0.10-$0.50/裝置。
  • EL1 (Android Kernel): Google 控制，但在開機流程中已經太晚。

Google 的核心痛點：

  1. 無法審計： OEM 可以在 TEE 中植入任何程式碼。2023 年某 OEM 被發現在 Bootloader 竊取 Hardware Root Key，Google 卻無法驗證 TEE OS 的完整性。
  2. 更新受制於人： 想更新 Widevine？必須說服 Qualcomm 發布 TEE OS 更新（$$），並等待 OEM 整合（6-12 個月）。
  3. 經濟學的荒謬： Google 為自己的 DRM 方案付錢給中間商（Trustonic/Qualcomm）。

AVF 的反擊策略：奪回 EL2

Google 的解法是繞過 EL3，在 EL2 (Hypervisor Layer) 建立新的信任根。

  • EL2 (pKVM Hypervisor): Google 完全控制，開源 (AOSP)，並可透過 APEX 更新（無需 Firmware OTA）。
  • EL1 (Protected VM): 運行 Microdroid (Google 控制)，可執行 Widevine, KeyMint。即使 Android Kernel 被攻破，pVM 仍安全。

Samsung vs. Google：EL2 的主權之爭

這引發了新的問題：Samsung 的 Knox RKP (Real-time Kernel Protection) 也在 EL2。誰控制 EL2，誰就控制了移動安全的未來。

Samsung S25 Ultra 在 Android 16 Beta 初期不支援 AVF 的真正原因不是技術，而是商業護城河：

  1. Knox 是金雞母： 企業客戶為 Knox 付費（每裝置 $50-200/年）。
  2. 安全保證失效： Knox RKP 在 EL2 提供 Kernel Integrity Protection。如果讓 Google 的 pKVM 接管 EL2，Knox 的架構需要重寫。
  3. 零和遊戲： Samsung 賣「基於 Knox 的最安全手機」；Google 推 AVF 說「基於 pKVM，我們比 OEM 更安全」。

我的預測：

  • 2026 (現在)： Samsung 持續抵制，Galaxy S26 仍可能以「相容性模式」運行 AVF 或限制其功能。
  • 2027： Google 與 Samsung 達成妥協，推出「Knox + AVF 共存」方案（可能涉及 EL2 分時複用或 ARM 新的 EL2 Partition 機制）。
  • 2028+： 若妥協失敗，Google 可能祭出 CDD 核彈選項：「不符合 Android 16 AVF 標準無法預裝 Play Store」。

2. pKVM 的技術架構：理想與現實的落差

Stage-2 MMU：記憶體隔離的數學保證

pKVM 的核心是 ARM 的兩階段記憶體轉換（Stage-2 Translation）。這不是新技術，但 Google 的創新在於利用它建立比 Linux Kernel 更強的隔離。

記憶體捐贈 (Memory Donation) 機制：

當 Host Android 分配記憶體給 pVM 時，pKVM 會執行原子性操作：

  1. 更新頁面擁有權表 (Owner: pVM_1)。
  2. 清除 Host 的 Stage-2 映射 (Unmap)。
  3. 結果： Host Kernel 再也無法存取這塊實體記憶體。即使 Host Kernel 被 Root，攻擊者也無法繞過 Stage-2 MMU 讀取 pVM 數據。

SESIP Level 5：最高安全認證（及其侷限）

2025 年 8 月，pKVM 獲得了 SESIP Level 5 認證。這在公關上是重大勝利，代表它能抵禦「高技能、高動機、充足資金」的攻擊者（包含物理側信道攻擊）。

但請注意認證範圍：

  • ✅ 已認證： pKVM Hypervisor Core (~10K lines), Memory Management.
  • ❌ 未認證： crosvm (Rust), VirtualizationService (Java), Microdroid Kernel.

這就像你有一個防彈玻璃櫥窗（pKVM），但門鎖是普通的（Userspace Components）。這已經比龐大的 Linux Kernel 安全太多，但不要將 SESIP Level 5 誤讀為「整個 AVF 系統無懈可擊」。

Binder IPC over vsock：效能隱憂

Microdroid 使用 Binder 作為 Host 與 Guest 之間的通訊協議。這對開發者很友善（由 AIDL 自動生成），但 vsock 帶來了巨大的延遲。

實測數據 (Pixel 9 Pro):

  • Native Binder (Host 內部): ~150 µs latency.
  • Binder over vsock (Host ↔ pVM): ~580 µs latency.
  • 結果: 慢了約 3.8 倍。

架構建議：

  • ✅ 適用： DRM (Widevine), KeyMint (低頻率操作)。
  • ❌ 不適用： Camera HAL, Audio HAL (高頻率、低延遲要求)。
  • Workaround： 對於大量數據傳輸，務必使用 Shared Memory (Ashmem)，僅用 Binder 傳遞控制訊號。

3. Android 16 的關鍵突破：Early Boot VM

Android 16 最重要的新功能是 Early Boot VM Support。

威脅模型：不可信的 Bootloader

在 Android 15 之前，TrustZone 初始化在 Bootloader 之後。如果 OEM 的 Bootloader 被植入惡意程式碼（供應鏈攻擊），它可以在 TrustZone 啟動前竊取 Hardware Root Key。

Android 16 的防禦流程：

  1. Bootloader: 載入 pKVM 映像檔。
  2. pKVM (EL2): 在 Vendor Code 執行前初始化，並啟動 KeyMint pVM。
  3. KeyMint pVM: 在隔離環境中生成/解密 Root Key。
  4. 結果: Hardware Root Key 從未離開過 pVM。即使 Android Kernel 或後續流程被攻破，Key 仍然安全。

這對金融與政府級應用是巨大的利好，但它需要 Bootloader 配合更新，這意味著舊裝置（Android 15 以前）幾乎不可能透過 OTA 獲得此功能。

4. 企業應用場景的政治現實

DRM (Widevine)：技術可行，法律卡關

Google 希望將 Widevine 遷移到 pVM，解決碎片化問題。技術上完全可行，但 Netflix、Disney 等內容商的法律部門不同意。

現行的 Widevine Robustness Rules 明確要求：「CDM 必須運行在 Trusted Execution Environment (TEE) 中」。在法律定義上，pKVM (EL2) 是否等同於 TEE (EL3 TrustZone)？這需要重新談判授權合約。

給架構師的建議：

  • ❌ 不要在 2026 年前押注 pVM-based DRM。
  • ✅ 策略：準備兩套實作（Legacy TEE + Modern pVM），並透過 Feature Flag 動態切換。這段過渡期將持續至少 5 年。

生物辨識：AVF 的 Killer App

相比之下，生物辨識（指紋/人臉）是 AVF 最成熟的戰場。

TrustZone 的記憶體限制（通常 < 1MB）使得無法運行複雜的 ML 模型。而 pVM 可以輕鬆分配 512MB+ 記憶體。

實測改進 (Pixel 9 Pro):

  • TrustZone: 傳統 Template Matching，FAR 1/50,000。
  • pVM + ML: 深度學習模型，FAR 1/200,000 (準確率提升 4 倍)，且能有效防禦 3D 列印指紋攻擊。

5. 結論：下一個十年的戰場在 EL2

AVF 的強制部署標誌著一個時代的轉折。這不只是技術進步，而是移動安全架構的權力重新分配。

給工程領袖的行動清單：

  1. 短期 (2026)： 關注 Samsung 與 Google 的談判結果。如果你的 App 依賴 Knox，請開始評估備案。
  2. 中期 (2027)： 投資 Hybrid Architecture。最安全的 App 將是「Root of Trust 在 TrustZone」+「複雜運算在 pVM」的混合體。
  3. 人才： 培養懂 Hypervisor 與 Rust 的工程師。在 AVF 時代，他們比單純的 App 開發者更有價值。

關鍵問題已經不是「要不要採用 AVF」——Google 已經用強制令回答了這個問題。

真正的問題是：在這場 EL2 的權力遊戲中，你準備好站在哪一邊了嗎？

作者註：本文基於 AOSP Android 16 Source Code 分析及 2025-2026 產業觀察。文中關於 Samsung 的策略預測基於商業邏輯推演。